Hvad betyder nitrogen. Egenskaber og anvendelse af nogle kemiske grundstoffer

Egenskaber for elementer i V-A undergruppe

1. Strukturen af ​​atomer af kemiske elementer

Tilstedeværelsen af ​​tre uparrede elektroner i det ydre energiniveau forklarer det faktum, at i den normale, uexciterede tilstand er valensen af ​​​​elementerne i nitrogenundergruppen tre.

Atomerne i grundstofferne i nitrogenundergruppen (bortset fra nitrogen - det ydre niveau af nitrogen består kun af to underniveauer - 2s og 2p) har ledige celler af d-underniveauet på de ydre energiniveauer, så de kan dampe én elektron fra s-underniveauet og overfør det til d-underniveauet. Valensen af ​​fosfor, arsen, antimon og bismuth er således 5.

Elementer af nitrogengruppen danner forbindelser med sammensætningen RH 3 med hydrogen, og oxider af formen R 2 O 3 og R 2 O 5 med oxygen. Oxider svarer til syrerne HRO 2 og HRO 3 (og orthosyrerne H 3 PO 4, undtagen nitrogen).

Den højeste oxidationstilstand for disse grundstoffer er +5, og den laveste -3.

Da ladningen af ​​atomkernen stiger, er antallet af elektroner på det ydre niveau konstant, antallet af energiniveauer i atomer stiger, og atomets radius øges fra nitrogen til bismuth, tiltrækningen af ​​negative elektroner til den positive kerne svækkes, og evnen til at donere elektroner øges, og derfor i nitrogenundergruppen med Når atomnummeret stiger, falder de ikke-metalliske egenskaber, mens de metalliske egenskaber stiger.

Nitrogen er et ikke-metal, bismuth er et metal. Fra nitrogen til bismuth falder styrken af ​​RH 3-forbindelser, mens styrken af ​​iltforbindelser øges.

De vigtigste blandt elementerne i nitrogenundergruppen er nitrogen og fosfor .

Nitrogen, fysiske og kemiske egenskaber, produktion og anvendelse

1. Nitrogen er et kemisk grundstof

N+7) 2) 5

1 s 2 2 s 2 2 p 3 ufærdige ydre lag, s -element, ikke-metal

Ar(N)=14

2. Mulige oxidationstilstande

På grund af tilstedeværelsen af ​​tre uparrede elektroner er nitrogen meget aktivt, det findes kun i form af forbindelser. Nitrogen viser oxidationstilstande i forbindelser fra "-3" til "+5"

3. Nitrogen - et simpelt stof, molekylær struktur, fysiske egenskaber

Nitrogen (fra græsk ἀ ζωτος - livløs, lat. Nitrogenium), i stedet for de tidligere navne ("phlogisticated", "mephitic" og "spoiled" air) foreslået i 1787 Antoine Lavoisier . Som vist ovenfor var det allerede på det tidspunkt kendt, at nitrogen ikke understøtter forbrænding eller respiration. Denne ejendom blev betragtet som den vigtigste. Selvom det senere viste sig, at nitrogen tværtimod er essentielt for alle levende væsener, er navnet blevet bevaret på fransk og russisk.

N 2 – kovalent ikke-polær binding, tredobbelt (σ, 2π), molekylært krystalgitter

Konklusion:

1. Lav reaktivitet ved normal temperatur

2. Gas, farveløs, lugtfri, lettere end luft

Hr ( B luft)/ Hr ( N 2 ) = 29/28

4. Kemiske egenskaber af nitrogen

5. Kvittering:

I industrien nitrogen fås fra luften. For at gøre dette afkøles luften først, fortættes, og flydende luft udsættes for destillation (destillation). Kogepunktet for nitrogen er lidt lavere (–195,8°C) end den anden komponent af luft, oxygen (–182,9°C), så når flydende luft omhyggeligt opvarmes, fordamper nitrogen først. Gasformigt nitrogen leveres til forbrugerne i komprimeret form (150 atm. eller 15 MPa) i sorte cylindere med en gul påskrift "nitrogen". Opbevar flydende nitrogen i Dewar-kolber.

I laboratorietrent ("kemisk") nitrogen opnås ved at tilsætte en mættet opløsning af ammoniumchlorid NH 4 Cl til fast natriumnitrit NaNO 2 ved opvarmning:

NaNO2 + NH4Cl \u003d NaCl + N2 + 2H2O.

Du kan også opvarme fast ammoniumnitrit:

NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O. ERFARING

6. Anvendelse:

I industrien bruges nitrogengas hovedsageligt til at fremstille ammoniak. Som en kemisk inert gas bruges nitrogen til at give et inert miljø i forskellige kemiske og metallurgiske processer, når der pumpes brændbare væsker. Flydende nitrogen er meget udbredt som kølemiddel, det bruges i medicin, især i kosmetologi. Nitrogenmineralgødning spiller en vigtig rolle i at opretholde jordens frugtbarhed.

7. Biologisk rolle

Kvælstof er et element, der er nødvendigt for eksistensen af ​​dyr og planter, det er en del afproteiner (16-18 vægtprocent), aminosyrer, nukleinsyrer, nukleoproteiner, klorofyl, hæmoglobin I sammensætningen af ​​levende celler, efter antallet af nitrogenatomer, omkring 2%, efter massefraktion - omkring 2,5% (fjerdeplads efter brint, kulstof og oxygen). I denne henseende findes en betydelig mængde bundet nitrogen i levende organismer, "dødt organisk materiale" og spredt stof i havene og oceanerne. Denne mængde anslås til ca. salpeterN 2 → Li3N → NH3

nr. 2. Lav reaktionsligningerne for vekselvirkningen mellem nitrogen og oxygen, magnesium og brint. For hver reaktion, lav en elektronisk balance, angiv oxidationsmiddel og reduktionsmiddel.

nr. 3. En cylinder indeholder nitrogengas, en anden indeholder oxygen, og den tredje indeholder kuldioxid. Hvordan skelner man mellem disse gasser?

nr. 4. Nogle brændbare gasser indeholder frit nitrogen som en urenhed. Kan der dannes nitrogenoxid (II) ved forbrænding af sådanne gasser i almindelige gaskomfurer? Hvorfor?

Nitrogenforbindelser - salpeter, salpetersyre, ammoniak - var kendt længe før kvælstof blev opnået i fri tilstand. I 1772 viste D. Rutherford, der brændte fosfor og andre stoffer i en glasklokke, at den gas, der er tilbage efter forbrændingen, som han kaldte "kvælende luft", ikke understøtter vejrtrækning og forbrænding. I 1787 fastslog A. Lavoisier, at de "vitale" og "kvælende" gasser, der udgør luften, er simple stoffer, og foreslog navnet "nitrogen". I 1784 viste G. Cavendish, at nitrogen er en del af salpeter; det er herfra det latinske navn Azot kommer (fra det sene latinske nitrum - salpeter og det græske gennao - jeg føder, jeg producerer), foreslået i 1790 af J. A. Chaptal. I begyndelsen af ​​det 19. århundrede blev den kemiske inerthed af nitrogen i fri tilstand og dets enestående rolle i forbindelser med andre grundstoffer som bundet nitrogen klarlagt. Siden da er "bindingen" af nitrogen i luften blevet et af de vigtigste tekniske problemer i kemi.

Fordeling af kvælstof i naturen. Nitrogen er et af de mest almindelige grundstoffer på Jorden, og det meste af det (ca. 4 10 15 tons) er koncentreret i den frie tilstand i atmosfæren. I luften er frit nitrogen (i form af N 2 molekyler) 78,09 volumenprocent (eller 75,6 vægtprocent), uden at medregne mindre urenheder i form af ammoniak og oxider. Det gennemsnitlige nitrogenindhold i litosfæren er 1,9·10 -3 vægt%. Naturlige nitrogenforbindelser er ammoniumchlorid NH 4 Cl og forskellige nitrater. Store ophobninger af salpeter er karakteristiske for et tørt ørkenklima (Chile, Centralasien). I lang tid var salpeter hovedleverandøren af ​​nitrogen til industrien (nu er den industrielle syntese af ammoniak fra atmosfærisk kvælstof og brint af primær betydning for bindingen af ​​kvælstof). Små mængder bundet kvælstof findes i kul (1-2,5%) og olie (0,02-1,5%) samt i vandet i floder, have og oceaner. Nitrogen ophobes i jord (0,1 %) og i levende organismer (0,3 %).

Selvom navnet "Nitrogen" betyder "ikke-livsbevarende", er det faktisk et væsentligt element for livet. Dyrs og menneskers protein indeholder 16-17 % nitrogen. I kødædende dyrs organismer dannes protein på grund af de forbrugte proteinstoffer, der er til stede i organismerne hos planteædende dyr og i planter. Planter syntetiserer protein ved at assimilere nitrogenholdige stoffer indeholdt i jorden, hovedsageligt uorganiske. Det betyder, at der kommer mængder af kvælstof i jorden på grund af kvælstoffikserende mikroorganismer, der er i stand til at omdanne frit kvælstof fra luften til kvælstofforbindelser.

I naturen udføres nitrogencyklussen, hvor hovedrollen spilles af mikroorganismer - nitrificerende, denitrificerende, nitrogenfikserende og andre. Men som et resultat af udvindingen af ​​en enorm mængde bundet kvælstof fra jorden af ​​planter (især i intensivt landbrug), viser jorden sig at være udtømt for kvælstof. Kvælstofmangel er typisk for landbruget i næsten alle lande, kvælstofmangel observeres også i husdyrhold ("proteinsult"). På jorde, der er fattige på tilgængeligt kvælstof, udvikler planterne sig dårligt. Kvælstofgødning og proteinfodring af dyr er det vigtigste middel til at fremme landbruget. Menneskelig økonomisk aktivitet forstyrrer kredsløbet af nitrogen. Således beriger brændstofforbrænding atmosfæren med kvælstof, og planter, der producerer gødning, binder kvælstof i luften. Transport af kunstgødning og landbrugsprodukter omfordeler nitrogen på jordens overflade. Nitrogen er det fjerde mest udbredte grundstof i solsystemet (efter brint, helium og oxygen).

Isotoper, atom og nitrogenmolekyle. Naturligt nitrogen består af to stabile isotoper: 14 N (99,635%) og 15 N (0,365%). 15 N isotopen bruges i kemisk og biokemisk forskning som et mærket atom. Af de kunstige radioaktive isotoper af nitrogen har 13 N den længste halveringstid (T ½ = 10,08 min), resten er meget kortlivede. I den øvre atmosfære omdannes 14 N under påvirkning af neutroner fra kosmisk stråling til en radioaktiv isotop af kulstof 14 C. Denne proces bruges også i kernereaktioner for at opnå 14 C. Den ydre elektronskal af nitrogenatomet består bl.a. 5 elektroner (et ensomt par og tre uparrede - konfiguration 2s 2 2p 3. Oftest er nitrogen i forbindelser 3-kovalent på grund af uparrede elektroner (som i ammoniak NH 3). Tilstedeværelsen af ​​et ensomt elektronpar kan føre til at dannelse af endnu en kovalent binding, og nitrogen bliver 4-kovalent (som i ammoniumionen NH 4) Nitrogens oxidationstilstande varierer fra +5 (i N 2 O 5) til -3 (i NH 3). Under normale forhold , i fri tilstand danner nitrogen et N 2-molekyle, hvor N-atomerne er forbundet med tre kovalente bindinger. Nitrogenmolekylet er meget stabilt: energien ved dets dissociation i atomer er 942,9 kJ/mol (225,2 kcal/mol), derfor, selv ved t ca. 3300°C, er graden af ​​dissociation af nitrogen kun ca. 0,1%.

Fysiske egenskaber af nitrogen. Nitrogen er lidt lettere end luft; massefylde 1,2506 kg/m 3 (ved 0 ° C og 101325 n / m 2 eller 760 mm Hg), t pl -209,86 ° C, t bp -195,8 ° C. Nitrogen bliver vanskeligt flydende: dets kritiske temperatur er ret lav (-147,1°C) og dets kritiske tryk er højt, 3,39 MN/m 2 (34,6 kgf/cm 2); densiteten af ​​flydende nitrogen er 808 kg/m 3 . Nitrogen er mindre opløseligt i vand end oxygen: ved 0°C opløses 23,3 g nitrogen i 1 m 3 H 2 O. Bedre end vand er nitrogen opløseligt i nogle kulbrinter.

Kemiske egenskaber af nitrogen. Kun med sådanne aktive metaller som lithium, calcium, magnesium interagerer nitrogen, når det opvarmes til relativt lave temperaturer. Nitrogen reagerer med de fleste andre grundstoffer ved høje temperaturer og i nærværelse af katalysatorer. Nitrogenforbindelser med oxygen N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 og N 2 O 5 er godt undersøgt. Af disse dannes der ved direkte vekselvirkning af grundstofferne (4000°C) oxid NO, som ved afkøling let oxideres videre til oxid (IV) NO 2 . I luften dannes nitrogenoxider under atmosfæriske udledninger. De kan også opnås ved indvirkning af ioniserende stråling på en blanding af nitrogen og oxygen. Når nitrogen N 2 O 3 og salpeter N 2 O 5 anhydrider opløses i vand, opnås henholdsvis salpetersyre HNO 2 og salpetersyre HNO 3, der danner salte - nitritter og nitrater. Nitrogen kombineres kun med brint ved høj temperatur og i nærværelse af katalysatorer, og ammoniak NH 3 dannes. Udover ammoniak kendes også talrige andre forbindelser af nitrogen med brint, f.eks. hydrazin H 2 N-NH 2, diimid HN=NH, salpetersyre HN 3 (HN=N≡N), octazon N 8 H 14 og andre; de fleste nitrogenforbindelser med brint er kun blevet isoleret i form af organiske derivater. Nitrogen interagerer ikke direkte med halogener, derfor opnås alle nitrogenhalogenider kun indirekte, for eksempel nitrogenfluorid NF 3 - ved at reagere fluor med ammoniak. Som regel er nitrogenhalogenider lav-resistente forbindelser (med undtagelse af NF 3); Nitrogenoxyhalogenider - NOF, NOCl, NOBr, NO 2 F og NO 2 Cl er mere stabile. Nitrogen kombineres heller ikke direkte med svovl; nitrogenholdigt svovl N 4 S 4 opnås ved omsætning af flydende svovl med ammoniak. Når varm koks reagerer med nitrogen, dannes cyanogen (CN) 2. Ved at opvarme nitrogen med acetylen C 2 H 2 til 1500°C kan hydrogencyanid HCN opnås. Interaktionen af ​​nitrogen med metaller ved høje temperaturer fører til dannelsen af ​​nitrider (for eksempel Mg 3 N 2).

Når almindeligt nitrogen udsættes for elektriske udladninger [tryk 130-270 N/m 2 (1-2 mm Hg)] eller under nedbrydning af B-, Ti-, Mg- og Ca-nitrider, samt under elektriske udladninger i luft, aktivt nitrogen kan dannes, som er en blanding af nitrogenmolekyler og atomer med en øget energireserve. I modsætning til molekylært nitrogen interagerer aktivt nitrogen meget kraftigt med ilt, brint, svovldamp, fosfor og visse metaller.

Nitrogen er en del af rigtig mange vigtige organiske forbindelser (aminer, aminosyrer, nitroforbindelser og andre).

At få nitrogen. I laboratoriet kan nitrogen let opnås ved at opvarme en koncentreret opløsning af ammoniumnitrit: NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. Den tekniske metode til opnåelse af nitrogen er baseret på adskillelse af foreløbig flydende luft, som derefter destilleres .

Brugen af ​​nitrogen. Hovedparten af ​​det udvundne frie kvælstof bruges til industriel produktion af ammoniak, som derefter i betydelige mængder forarbejdes til salpetersyre, gødning, sprængstoffer osv. Ud over den direkte syntese af ammoniak fra grundstoffer er cyanamidmetoden udviklet bl.a. 1905 er af industriel betydning for bindingen af ​​luftkvælstof. , baseret på det faktum, at calciumcarbid (opnået ved opvarmning af en blanding af kalk og kul i en elektrisk ovn) ved 1000°C reagerer med frit nitrogen: CaC 2 + N 2 \ u003d CaCN 2 + C. Det resulterende calciumcyanamid nedbrydes ved frigivelse af overophedet vanddampammoniak: CaCN 2 + 3H 2 O \u003d CaCO 3 + 2NH 3.

Frit nitrogen bruges i mange industrier: som et inert medium i forskellige kemiske og metallurgiske processer, til udfyldning af fri plads i kviksølvtermometre, til pumpning af brandfarlige væsker osv. Flydende nitrogen bruges i forskellige køleanlæg. Det opbevares og transporteres i Dewar-beholdere af stål, gasformigt nitrogen i komprimeret form - i cylindere. Mange nitrogenforbindelser er meget udbredt. Produktionen af ​​bundet nitrogen begyndte at udvikle sig intensivt efter 1. Verdenskrig og har nu nået enorme proportioner.

nitrogen i kroppen. Nitrogen er et af de vigtigste biogene elementer, der udgør de vigtigste stoffer i levende celler - proteiner og nukleinsyrer. Mængden af ​​nitrogen i kroppen er dog lille (1-3 % efter tørvægt). Molekylært nitrogen i atmosfæren kan kun assimileres af visse mikroorganismer og blågrønalger.

Betydelige reserver af nitrogen er koncentreret i jorden i form af forskellige mineralske (ammoniumsalte, nitrater) og organiske forbindelser (nitrogen af ​​proteiner, nukleinsyrer og deres nedbrydningsprodukter, det vil sige endnu ikke fuldstændigt nedbrudte rester af planter og dyr). Planter optager kvælstof fra jorden både i form af uorganiske og nogle organiske forbindelser. Under naturlige forhold har jordens mikroorganismer (ammonifiers), som mineraliserer jordens organiske kvælstof til ammoniumsalte, af stor betydning for planternes ernæring. Nitratkvælstof i jorden dannes som et resultat af aktiviteten af ​​nitrificerende bakterier opdaget af S. N. Vinogradsky i 1890, som oxiderer ammoniak og ammoniumsalte til nitrater. En del af det nitratkvælstof, som er assimileret af mikroorganismer og planter, går tabt og bliver til molekylært nitrogen under påvirkning af denitrificerende bakterier. Planter og mikroorganismer assimilerer godt både ammonium- og nitratnitrogen, hvilket reducerer sidstnævnte til ammoniak- og ammoniumsalte. Mikroorganismer og planter omdanner aktivt uorganisk ammoniumnitrogen til organiske nitrogenforbindelser - amider (asparagin og glutamin) og aminosyrer. Som vist af D. N. Pryanishnikov og V. S. Butkevich lagres og transporteres nitrogen i planter i form af asparagin og glutamin. Når disse amider dannes, neutraliseres ammoniak, hvis høje koncentrationer er giftige ikke kun for dyr, men også for planter. Amider er en del af mange proteiner i både mikroorganismer og planter, såvel som i dyr. Syntese af glutamin og asparagin ved enzymatisk amidering af glutamvin- og asparaginsyrer udføres ikke kun i mikroorganismer og planter, men også i dyr inden for visse grænser.

Syntesen af ​​aminosyrer sker ved reduktiv aminering af en række aldehyd- og ketosyrer som følge af oxidation af kulhydrater, eller ved enzymatisk transaminering. Slutprodukterne af assimilering af ammoniak af mikroorganismer og planter er proteiner, der er en del af protoplasma og cellekerne, samt aflejret i form af lagerproteiner. Dyr og mennesker er kun i begrænset omfang i stand til at syntetisere aminosyrer. De kan ikke syntetisere otte essentielle aminosyrer (valin, isoleucin, leucin, phenylalanin, tryptophan, methionin, threonin, lysin), og derfor er hovedkilden til nitrogen for dem proteiner, der indtages med mad, det vil i sidste ende sige planteproteiner og mikroorganismer.

Proteiner i alle organismer gennemgår enzymatisk nedbrydning, hvis slutprodukter er aminosyrer. På næste trin, som et resultat af deaminering, omdannes aminosyrernes organiske nitrogen igen til uorganisk ammoniumnitrogen. I mikroorganismer, og især i planter, kan ammoniumnitrogen bruges til ny syntese af amider og aminosyrer. Hos dyr udføres neutraliseringen af ​​ammoniak dannet under nedbrydningen af ​​proteiner og nukleinsyrer ved syntese af urinsyre (i krybdyr og fugle) eller urinstof (hos pattedyr, herunder mennesker), som derefter udskilles fra kroppen. Ud fra et kvælstofomsætningssynspunkt adskiller planter på den ene side og dyr (og mennesker) på den anden side sig ved, at udnyttelsen af ​​den resulterende ammoniak hos dyr kun udføres i et svagt omfang - de fleste af det udskilles fra kroppen; i planter er kvælstofudvekslingen "lukket" - det kvælstof, der kommer ind i planten, vender kun tilbage til jorden sammen med selve planten.

NITROGEN, N (lat. Nitrogenium * a. nitrogen; n. Stickstoff; f. azote, nitrogen; og. nitrogeno), er et kemisk grundstof af gruppe V i Mendeleevs periodiske system, atomnummer 7, atommasse 14,0067. Opdaget i 1772 af den engelske opdagelsesrejsende D. Rutherford.

Nitrogen egenskaber

Under normale forhold er nitrogen en farveløs og lugtfri gas. Naturligt nitrogen består af to stabile isotoper: 14 N (99,635%) og 15 N (0,365%). Nitrogenmolekylet er diatomisk; atomerne er forbundet med en kovalent tredobbelt binding NN. Nitrogenmolekylets diameter, bestemt ved forskellige metoder, er 3,15-3,53 A. Nitrogenmolekylet er meget stabilt - dissociationsenergien er 942,9 kJ/mol.

Molekylært nitrogen

Molekylære nitrogenkonstanter: smeltende f - 209,86 ° С, kogende f - 195,8 ° С; tætheden af ​​gasformigt nitrogen er 1,25 kg / m 3, væske - 808 kg / m 3.

Karakterisering af nitrogen

I fast tilstand findes nitrogen i to modifikationer: en kubisk a-form med en densitet på 1026,5 kg/m3 og en sekskantet b-form med en densitet på 879,2 kg/m3. Fusionsvarmen er 25,5 kJ/kg, fordampningsvarmen er 200 kJ/kg. Overfladespænding af flydende nitrogen i kontakt med luft 8.5.10 -3 N/m; dielektrisk konstant 1,000538. Opløseligheden af ​​nitrogen i vand (cm3 pr. 100 ml H2O): 2,33 (0°C), 1,42 (25°C) og 1,32 (60°C). Den ydre elektronskal af nitrogenatomet består af 5 elektroner. Oxidationstilstandene for nitrogen varierer fra 5 (i N 2 O 5) til -3 (i NH 3).

Nitrogenforbindelse

Nitrogen kan under normale forhold reagere med forbindelser af overgangsmetaller (Ti, V, Mo, etc.), danne komplekser eller blive reduceret med dannelse af ammoniak og hydrazin. Nitrogen interagerer med aktive metaller såsom nitrogen, når det opvarmes til relativt lave temperaturer. Nitrogen reagerer med de fleste andre grundstoffer ved høje temperaturer og i nærværelse af katalysatorer. Forbindelser af nitrogen med: N 2 O, NO, N 2 O 5 er godt undersøgt. Med nitrogen kombineres kun ved høj temperatur og i nærvær af katalysatorer; dette producerer ammoniak NH 3 . Nitrogen interagerer ikke direkte med halogener; derfor opnås alle nitrogenhalogenider kun indirekte, for eksempel nitrogenfluorid NF 3 - ved interaktion med ammoniak. Nitrogen kombineres heller ikke direkte med svovl. Når varmt vand reagerer med nitrogen, dannes cyanogen (CN) 2. Under påvirkning af elektriske udladninger på almindeligt nitrogen, såvel som ved elektriske udladninger i luft, kan der dannes aktivt nitrogen, som er en blanding af nitrogenmolekyler og atomer med en øget energireserve. Aktivt nitrogen interagerer meget kraftigt med ilt, brint, dampe og nogle metaller.

Nitrogen er et af de mest almindelige grundstoffer på Jorden, og det meste af det (ca. 4,10 15 tons) er koncentreret i en fri tilstand i. Hvert år under vulkansk aktivitet frigives 2,10 6 tons nitrogen til atmosfæren. En ubetydelig del kvælstof er koncentreret i (gennemsnitsindholdet i litosfæren er 1,9,10 -3%). Naturlige nitrogenforbindelser er ammoniumchlorid og forskellige nitrater (nitrater). Nitrogennitrider kan kun dannes ved høje temperaturer og tryk, som tilsyneladende fandt sted i de tidligste stadier af Jordens udvikling. Store ansamlinger af salpeter findes kun i et tørt ørkenklima (osv.). Små mængder bundet kvælstof findes i (1-2,5%) og (0,02-1,5%), samt i vandet i floder, have og oceaner. Kvælstof ophobes i jord (0,1%) og levende organismer (0,3%). Nitrogen er en bestanddel af proteinmolekyler og mange naturlige organiske forbindelser.

Kvælstofkredsløbet i naturen

I naturen udføres kvælstofkredsløbet, som omfatter kredsløbet af molekylært atmosfærisk kvælstof i biosfæren, kredsløbet af kemisk bundet kvælstof i atmosfæren, kredsløbet af overfladekvælstof begravet med organisk stof i litosfæren med dets retur tilbage til atmosfære. Kvælstof til industrien blev tidligere udelukkende udvundet fra naturlige salpeterforekomster, hvis antal er meget begrænset i verden. Især store forekomster af nitrogen i form af natriumnitrat findes i Chile; salpeterproduktionen beløb sig i nogle år til mere end 3 millioner tons.

Det meste nitrogen findes i naturen i fri tilstand. Frit nitrogen er hovedbestanddelen af ​​luften, som indeholder nitrogen. Uorganiske nitrogenforbindelser forekommer ikke i naturen i store mængder, bortset fra natriumnitrat, som danner tykke lag på Stillehavskysten i Chile. Jorden indeholder små mængder nitrogen, hovedsageligt i form af salpetersyresalte. Men i form af komplekse organiske forbindelser - proteiner - er nitrogen en del af alle levende organismer. De transformationer, som proteiner gennemgår i plante- og dyreceller, danner grundlaget for alle livsprocesser. Der er intet liv uden protein, og da kvælstof er en væsentlig del af protein, er det tydeligt, hvilken vigtig rolle dette element spiller i dyrelivet.

At opnå nitrogen fra luften reduceres hovedsageligt til at adskille det fra ilt. I industrien sker dette ved at fordampe flydende luft i specielle installationer.

Laboratorier bruger normalt nitrogen leveret i trykcylindre eller Dewars. Du kan få nitrogen ved nedbrydning af nogle af dets forbindelser, for eksempel ammoniumnitrit, som nedbrydes ved frigivelse af kvælstof med relativt lille opvarmning:

I nitrogenmolekylet er atomerne forbundet med en tredobbelt binding. Dissociationsenergien af ​​dette molekyle er meget høj (945 kJ / mol), derfor bliver den termiske dissociation af nitrogen kun mærkbar ved meget kraftig opvarmning (når den dissocierer omkring).

Nitrogen er en farveløs gas, lugtfri og meget svagt opløselig i vand. Det er lidt lettere end luft: massen af ​​1 liter nitrogen er 1,25 g.

Molekylært nitrogen er et kemisk inaktivt stof. Ved stuetemperatur interagerer det kun med lithium. Den lave aktivitet af nitrogen forklares af den høje styrke af dets molekyler, som bestemmer den høje aktiveringsenergi af reaktioner, der forekommer med deltagelse af nitrogen. Men når det opvarmes, begynder det at reagere med mange metaller - med magnesium, calcium, titanium. Nitrogen reagerer med brint ved høj temperatur og tryk i nærværelse af en katalysator. Reaktionen af ​​nitrogen med oxygen begynder kl.

Dyr anbragt i en nitrogenatmosfære dør hurtigt, ikke på grund af nitrogens toksicitet, men på grund af iltmangel.

Nitrogen finder sin hovedanvendelse som et startprodukt til syntese af ammoniak og nogle andre forbindelser. Derudover bruges det til at fylde elektriske lamper, til at skabe et inert miljø under den industrielle udførelse af visse kemiske reaktioner og ved pumpning af brændbare væsker.

Nitrogen er et velkendt kemisk element, som er betegnet med bogstavet N. Dette element er måske grundlaget for uorganisk kemi, det begynder at blive studeret i detaljer i 8. klasse. I denne artikel vil vi overveje dette kemiske element, såvel som dets egenskaber og typer.

Historien om opdagelsen af ​​et kemisk grundstof

Nitrogen er et grundstof, der først blev introduceret af den berømte franske kemiker Antoine Lavoisier. Men mange forskere kæmper om titlen som opdageren af ​​nitrogen, blandt dem Henry Cavendish, Karl Scheele, Daniel Rutherford.

Som et resultat af eksperimentet var han den første til at udpege et kemisk grundstof, men forstod ikke, at han modtog et simpelt stof. Han berettede om sin oplevelse, som også lavede en række undersøgelser. Sandsynligvis formåede Priestley også at isolere dette element, men videnskabsmanden kunne ikke forstå, hvad han nøjagtigt modtog, derfor fortjente han ikke titlen som opdager. Karl Scheele udførte samtidig den samme forskning, men kom ikke til den ønskede konklusion.

Samme år lykkedes det Daniel Rutherford ikke kun at opnå nitrogen, men også at beskrive det, udgive en afhandling og angive grundstoffets vigtigste kemiske egenskaber. Men selv Rutherford forstod ikke helt, hvad han havde modtaget. Det er dog ham, der regnes for opdageren, for han var tættest på løsningen.

Oprindelsen af ​​navnet nitrogen

Fra græsk er "nitrogen" oversat til "livløs". Det var Lavoisier, der arbejdede på nomenklaturreglerne og besluttede at navngive elementet på den måde. I det 18. århundrede vidste man kun om dette element, at det ikke understøttede hverken vejrtrækning. Derfor blev dette navn vedtaget.

På latin hedder nitrogen "nitrogenium", som betyder "at føde salpeter". Fra det latinske sprog optrådte betegnelsen nitrogen - bogstavet N. Men selve navnet slog ikke rod i mange lande.

Elementoverflod

Nitrogen er måske et af de mest almindelige grundstoffer på vores planet, det rangerer på fjerdepladsen i overflod. Grundstoffet findes også i solatmosfæren, på planeterne Uranus og Neptun. Atmosfæren af ​​Titan, Pluto og Triton er sammensat af nitrogen. Derudover består Jordens atmosfære af 78-79 procent af dette kemiske grundstof.

Nitrogen spiller en vigtig biologisk rolle, fordi det er nødvendigt for eksistensen af ​​planter og dyr. Selv den menneskelige krop indeholder 2 til 3 procent af dette kemiske element. Det er en del af klorofyl, aminosyrer, proteiner, nukleinsyrer.

Et flydende nitrogen

Flydende nitrogen er en farveløs gennemsigtig væske, det er en af ​​de stater af aggregering af kemisk nitrogen er meget udbredt i industri, byggeri og medicin. Det bruges til frysning af organiske materialer, køleudstyr og i medicin til fjernelse af vorter (æstetisk medicin).

Flydende nitrogen er ikke-giftigt og ikke-eksplosivt.

Molekylært nitrogen

Molekylært nitrogen er et grundstof, der er indeholdt i atmosfæren på vores planet og udgør en stor del af det. Formlen for molekylært nitrogen er N 2 . Sådant nitrogen reagerer kun med andre kemiske grundstoffer eller stoffer ved meget høje temperaturer.

Fysiske egenskaber

Under normale forhold er det kemiske grundstof nitrogen lugtfrit, farveløst og praktisk talt uopløseligt i vand. Flydende nitrogen i sin konsistens ligner vand, det er også gennemsigtigt og farveløst. Nitrogen har en anden aggregeringstilstand, ved temperaturer under -210 grader bliver det til et fast stof, danner mange store snehvide krystaller. Absorberer ilt fra luften.

Kemiske egenskaber

Nitrogen tilhører gruppen af ​​ikke-metaller og overtager egenskaber fra andre kemiske grundstoffer fra denne gruppe. Generelt er ikke-metaller ikke gode ledere af elektricitet. Nitrogen danner forskellige oxider, såsom NO (monoxid). NO eller nitrogenoxid er et muskelafslappende middel (et stof, der afspænder musklerne betydeligt og ikke har nogen skade eller andre virkninger på den menneskelige krop). Oxider, der indeholder flere nitrogenatomer, såsom N 2 O, er lattergas, let sød i smagen, som bruges i medicin som bedøvelsesmiddel. NO 2 oxid har dog intet med de to første at gøre, for det er en ret skadelig udstødningsgas, der er indeholdt i bilers udstødninger og forurener atmosfæren alvorligt.

Salpetersyre, som dannes af brint, nitrogen og tre oxygenatomer, er en stærk syre. Det er meget udbredt i produktionen af ​​gødning, smykker, organisk syntese, militærindustrien (produktion af sprængstoffer og syntese af giftige stoffer), produktion af farvestoffer, medicin osv. Salpetersyre er meget skadeligt for den menneskelige krop, efterlader sår og kemiske forbrændinger på huden.

Folk tror fejlagtigt, at kuldioxid er nitrogen. Faktisk, på grund af dets kemiske egenskaber, reagerer et grundstof med kun et lille antal grundstoffer under normale forhold. Og kuldioxid er kulilte.

Anvendelse af et kemisk grundstof

Flydende nitrogen bruges i medicin til kuldebehandling (kryoterapi) samt til madlavning som kølemiddel.

Dette element har også fundet bred anvendelse i industrien. Nitrogen er en gas, der er eksplosions- og brandsikker. Derudover forhindrer det råd og oxidation. Nu bruges nitrogen i miner til at skabe et eksplosionssikkert miljø. Gasformigt nitrogen bruges i petrokemi.

I den kemiske industri er det meget svært at undvære nitrogen. Det bruges til syntese af forskellige stoffer og forbindelser, såsom nogle gødninger, ammoniak, sprængstoffer, farvestoffer. Nu bruges en stor mængde nitrogen til syntese af ammoniak.

I fødevareindustrien er dette stof registreret som et fødevaretilsætningsstof.

Blanding eller rent stof?

Selv videnskabsmændene fra første halvdel af det 18. århundrede, som formåede at isolere det kemiske grundstof, troede, at nitrogen var en blanding. Men der er stor forskel på disse begreber.

Det har et helt kompleks af konstante egenskaber, såsom sammensætning, fysiske og kemiske egenskaber. En blanding er en forbindelse, der indeholder to eller flere kemiske grundstoffer.

Nu ved vi, at nitrogen er et rent stof, da det er et kemisk grundstof.

Når man studerer kemi, er det meget vigtigt at forstå, at nitrogen er grundlaget for al kemi. Det danner forskellige forbindelser, som vi alle møder, herunder lattergas, brun gas, ammoniak og salpetersyre. Ikke underligt, at kemi i skolen begynder med undersøgelsen af ​​et sådant kemisk element som nitrogen.